大直径预应力管桩在港口工程中的应用

大直径预应力管桩在港口工程中的应用

摘要：港口工程是工程建设中的重要组成部分，而大直径预应力混凝土管桩

（简称大管桩）在港口工程中发挥了举足轻重的作用。大管桩作为20世纪80年

代研制的新型管桩，其各项技术性能和经济指标都明显优于其它管桩。大管桩对

港口工程的建设工期、工程质量以及工程造价都有积极影响。大管桩是港口工程

中最有前途的一种桩型，值得在港口工程建设中推广应用。

关键词：大管桩；预应力混凝土；港口工程

引言

预应力混凝土大直径管桩(以下简称“大管桩”)是我国“六五”国家科技攻关成果，是由基本管节4m的多管节采用环氧粘接剂、后张法拼接而成。管节采用离心、

震动、辊压相结合的复合法工艺生产，其具有混凝土强度高，密实性好，耐锤击

等优点，先后应用于我国连云港以南近30个沿海港口码头，取得了良好的社会

和经济效益。大管桩是在制作过程中经管节离心、高压养护、后张法灌浆拼接等

工艺生产出的空心环形混凝土构件。与传统的混凝土预制桩及钢管桩相比，大管

桩在制作工艺、技术性能、荷载承受能力、适用土层、耐腐蚀性、经济指标等方

面都优于传统桩型。

1大管桩的生产工艺和性能

1.1大管桩的性能

大管桩是采用分段成型混凝土管节，管节间涂刷粘结剂，张拉预应力钢绞线，预留孔道内压力灌注水泥浆体和使钢绞线自锚等工艺手段拼接而成。目前，大管

桩共有1.Om,1.2m,1.4m三种直径，桩长可任意拼接。成型机生产的标准管节长

4.0m,对于管节要求不足4.0m的则用4m长的管节锯割而成。标准管节采用离心、振动、轮压相结合的复合法工艺或立式工艺生产。大管桩的特点如下:

(1)大管桩管节的预制和管桩拼接均在指定预制厂生产，机械化程度较高。管

桩制作工艺先进、管理严格、质量稳定。

(2)由于大管桩成型工艺先进，管桩混凝土具有高强度、高密实性、低孔隙率、低吸水性等优异性能，使得大管桩具有抗弯性能好、耐锤击性强的特点。

(3)桩长可按设计桩长任意拼接，其改变桩长的灵活性大大优于其他混凝土桩。

(4)在相同的条件下，大管桩的承载力高于钢管桩。

(5)可适用于任何土层，可作摩擦桩、端承桩或嵌岩桩。

(6)用钢量省，其用钢量仅为同规格钢管桩的1/8-1/6。

(7)耐腐蚀比钢管桩强，在海港中使用大管桩不需作防腐蚀处理。

(8)工程造价低，大管桩的成本约为钢管桩的1/31/2。近十年来，大管桩多用

于港口工程的深水泊位，我国已建成300020000吨级大管桩码头共30多个泊位。由于其性能优越，在防波堤工程、大型岸壁工程、桥梁基础工程中得到了广泛应用。

1.2型号规格

我国现生产的大管桩分A,B,C三种型号;A,,Az,B,,B2,C,,C:共6种规格。A型桩为

单股钢绞线管桩，即每个预留孔内设置1股钢绞线:B,C型桩为双股钢绞线管桩，

即每个预留孔内设置2股钢绞线。目前我国港口工程设计中，中小型码头多采用

A型管桩，深水泊位的大型码头多采用B,C型管桩。

2大管桩在港口工程中的应用

大管桩通常是指外径大于800mm的管桩，港口工程中应用大管桩时，需根

据桩长、桩型及工程项目的具体情况，合理的发挥大直径预应力混凝土管桩的作用，使得工程项目的桩基工程质量可靠且造价合理。大管桩已在东南沿海地区的

大中型码头建设中得到广泛应用。在目前30座已建成的大管桩码头中有5个10

万吨级的特大深水泊位。

2.1大管桩的桩基布置

大管桩通过革新施工工艺、灌筑材料等方法，不断提高桩基的施工技术，为

港口工程提供可靠的安全保证。大管桩的桩基布置须考虑大管桩的承载力。我们

在选择管桩类型时，可根据设计的需求，计算管桩的竖向承载力。在确定大管桩

的竖向承载力时还需考虑桩体本身的材料强度，以及地基土的支承力，最后取最

小值。高应变法静载实验可以快捷的确定单桩竖向承载力的标准值，且实验成本

较低。

常见的大管桩的单桩承载力为8000～10000KN。查阅相关资料，上海宝钢三

期码头的项目在试桩阶段采用反力架系统加载，在荷载加到10620KN后停止加荷载，桩周土没有破坏，实验的Q-S曲线没有明显的突变；深圳赤湾港同样采用反

力架加载，试桩在加载到9003KN时停止实验，桩未破坏，桩顶沉降量为

12.62mm，处于可允许范围内。

在同样条件下，大管桩的承载力明显强于传统的混凝土桩及钢管桩。因此在

设计码头的排架时，可增大排架的间距，桩基的布置间距一般可取10m。在一般

的大管桩码头排架设计中都会设置纵向的叉桩，个别的码头可使用全直桩布置。

深圳赤湾港9号泊位采用全直桩布置建成使用已二十多年，目前适用状态良好。

码头在使用全直桩布置时，工程的造价较低、施工较方便、工期可大大缩短，已

成为目前码头的设计首选方案。

2.2大管桩的贯入性

大直径预应力混凝土管桩具有承载力高、混凝土强度高、刚性大以及施工方

便等特点，但大管桩的脆性也比较大。因此在打桩时，需考虑锤型的选择和打桩

的应力控制，避免大管桩桩身出现开裂现象，要全面发挥大管桩的优越性能。大

管桩属于预制桩，在锤击沉桩时宜选用D100型桩锤。在锤击时需在桩顶加设钢

逃箍，避免出现桩顶局部破损的现象。

大管桩的抗锤击性能较好，可以适用于多种复杂的地质条件；在穿透较厚实

的沙砾层时，需要有采取可靠的技术措施，根据实际情况，确定可靠的停锤标准；大管桩的桩靴改造后形成组合桩，可以沉入硬土层且不需作防腐处理，值得推广

应用；大管桩在沉桩时，需加强对沉桩的分析，根据地质条件的变化合理调整对

沉桩的控制。

2.3大管桩的结构强度

大管桩可与钢管桩组合，形成大管桩复合桩，即在大管桩的桩底锚接一段钢

管桩。这种新型复合桩同时具备了大管桩和钢管桩的各自优点：造价较低，桩体

承载力高，可沉入大管桩无法沉入的硬土层，在运营期无需进行防腐维护。新型

大管桩改善了原来的功能，扩大了大管桩的应用范围。

大管桩的桩长可以按1m为模数进行不同桩长的拼接，其改变桩长的灵活性

极为优越；复合法混凝土大管桩成型工艺比较先进，使得大管桩的耐久性能较好，耐锤击性能较好；复合法混凝土大管桩的适用性较广，适用于任何土层。

复合法混凝土大管桩的研制成功，解决了设计中桩长60m的瓶颈问题，为混

凝土大管桩作嵌岩桩创造了有利条件，也使得我国港口工程的桩基施工变得更加

容易。其经济技术指标显著优于钢管桩，并以取得很好的社会效益。